автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Исследование энергетических показателей и выбор мощности асинхронных двигателей, управляемых от тиристорных преобразователей напряжения, при работе в замкнутых САУ

УРАЛЬСКИЙ ОРДЕНА ТВДОВОГО КРАСНОГО ЗШШЕНИ ШШШЗХКИЧЕСКИЙ с. . ЩСТОТТ км. С .1,1 ЛОБОВА

ШСшДСВАЕЕ ЭНШТЕПГЕЕКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ И ВЫБОР ШЩОСТИ АСИНХРОННЫХ ДЕГАТЕДЕЙ, УПРАЗЕЯЕЖ ОТ Т1ТИСТОРНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ НАПРЯЖЕНИЯ, ПРИ РАБОТЕ В ЗАМКНУТЫХ САУ

Споццэдьност . Т9;03 - Электротехнические комплексы 7 ;г«темы, включая их управление и регулирование

А в'1 о р э'ф а р а г

дг ¿ертацин на соискание ученой степени кандидата технических наук

На правах рукописи

1РУСШ Николай Петрович

Свердловск 1991

Работа выполнена на кафодро электропривода и автоматизации промышленных установок Уральского ордена Трудового Красного Знамен;: политехнического института им. С.П.Кирова.

- доктор технических наук, профессор БРАСЛАВСКИЯ ИЛ.

- доктор технических наук, доцент НОСЫРЕЗ М.Е.;

кандидат технических наук, доцент БЕГАЛОВ В .А;

- Всесоюзной научно-исследовательский н проектный институт Тяшромэлактро-проект, Свердловское отделение.

Защита диссертации состоятся "/Г" рСАяЯИ 19 9? г. в 00 шв. на заседании, специализированного совета

К 0S3.I4.04 Уральского ордена Трудового Красного Знамени поли -технического института им. О.М;Кпрова по адресу: 620002, г.Сверц-довск, Уральский политехшчзскпй институт;

С диссертацией могло ознакомиться в библиотеке УПИ.

Автореферат разослан 19//г.

Каучшй руководитель Официальные оппоненты

Вздуцая организация

Учений секретарь специализированного совета

доцент »кандидат технических /> ■, .1,

наук

Г.К.СМ0ЛИН

' - Общая характеристика работы

Одной из вакнойпих задач теории и практики автоштизирован-го„электропривода является создание массового регулируемого ШЯЙ'прйвода переменного тока, з том числе па основе асинхрон-х двигателей (АД). Это обусловлено тем, что современные техно-гическяе продоссц предъявляю? все более высокие требования к равняемое™ электропривоза, зс показателям его работа в пераход-х и установившихся режимах. Сейчас кз оснозшзл. типом .кассового ектропривода является нерегулируемый электропривод на базе АД. , мощностью до 30 кВт состаздгазт более 90% от общего количества пользуемых АД. •

В связи с этим первоочередной была п остается проблема соз-ния массового регулируемого асипхгокпсго электропривода мещ -стыэ до 30 .кВт. Одним из возкозпг: путей еэ расчета является пмэнение тирдсторных прзобразолатзлей нзпрлпейля (ТПН) з старта цепях АД. При гаке:» способе гзрасгорнсго управления АД мимо бесконтактной ког.?/.угацпл силовых допей оказывается воз -вным регулирование амплитуды лзргйЗ гармоники переменного пли стоянпого (в рэккмэ динамического торможения) напряжения, что зволяет раезирить возыоетостя управления пуско-тормозннми и гулироЕочнымп режмнми асинхронных электроприводов.

Указанный способ управления АД находит в настоящее время ачительноо распространение благодаря простоте реализации и су-ственпому улучшению управляемости асинхронных электроприводов • а удовлетворительных для рада производственных механизмов тех-¡со-экономических показателях;

Наибольшее применение "указг-яный тип электропривода' находит г механизмов циклического действия, в. частности,, манипуляторов, знов-шгабелеров, мостовых кранов, лебедок штанкетшх'подъемов, зовых дозаторов и других. Среди механизмов продолайтельного гима работы рассматриваемым типом электропривода могут быть ос-' цены турбомеханизмы (погружные насоси, центробежные насосы во-знао'аения, машинного .орошения и -т;д;), работающие на магистраль 1ротиводавленаем.

Все возрастающие технологические' требования обуславливают эбходимость дальнейшего теоретического изучения и экспоримен-пьного исследования указанных систем электропривода; •

В исследованиях, проведенных в последнее врем в нашей ' ране и за рубеяогл, нашли решение вопросы, связанна с рпр&-

боткой законов управления пуско-тормознымя рогимами электроприводов рассматриваемого типа прп использовании разомкнутых и ' замкнутых систем управления, синтезом систем автоматического регулирования скорости в полокения, расчетом энергетических показателей и определением номинальной мощности двигателя. Одна -ко исследования энергетических показателей асинхронных электроприводов при параметрическом управлении выполнялись, как правило, по статическим характеристикам без учета электромагнитных переходных процессов. Такие метода расчета не могут в полной мере удовлетворять требованиям практик;;.

В связи с этим по-прежнему остаются нерешенными вопросы нагрева АД при его работе в замкнутых системах автоматического управления (САУ) с учетом электромагнитных переходных процессов (ЗГ.ШП), что затрудняет в определенной степени внедрение а эксплуатацию асинхронных электроприводов рассматриваемого типа.

Современное состояние математической теории машин переменного тока и возросший уровень вычислительной техники позволяют проводить более детальное и углубленное изучение указанных систем, в частности, их энергетических показателей.

Целью работы является создание методик рационального выбог ра асинхронных двигателей, управляемых тиристорными преобразователями напряЕения, при их работе в замкнутых САУ с учетом Э'ЛШ в пуско-тормозных рекимах.

В работе поставлены в решены следующие основные задачи:

1. Расчет и анализ пуско-тормозных потерь в асинхронном электроприводе с учетом ЭЖШ прп работе в замкнутых САУ на основе уточненных математических моделей.

2. Создание методик расчета потерь в АД в переходных и установившихся реЕимах при управлении от ТШ в замкнутых САУ с учетом и без учета ЗДЕШ.

3¿ Разработка методик выбора мощности АД при работе в замкнутой САУ.

4; Экспериментальное подтверждение разработанных методик.

5. Разработка устройства тепловой зацдаты АД при его работе в' замкнутых САУ с целью повышения надеяноств работы электропривода в целом.

Методы исследования. При выполнения диссертационной работы использованы теория электропривода и теория автоматического управления, метода математического моделирования в теории планирования многофакторного эксперимента, а также экспериментальные

исследования на опытной установке.

Работа проводилась з соответствии с координационными планами Минвуза СССР в рамках комплоксной научно-технической программы "Оптимум", научно-техническими планами Миизлектротбхпрома СССР, Минавиапрсма СССР и является частью комплексных исследований, которые проводятся на кафедре электропривода и автоматиза -ции промыпленннх установок ТЛИ км. С J.I.Кирова.

Научная новизна работа заключается в следующем:

1. Предлоаепа уточненная математическая модель зкжгутой системы асинхронного электропривода на основе ТПН-АД. За счет детального математического описания всех элементов САУ и ТПН она более полно описывает, по сравнению с известными, установившиеся я переходные процессы з асинхронном электроприводе с замкнутей ЗАУ прп питании двигателя от ТЛИ.

2. Проведен анализ и дано обоснование выбора факторов и пп-герзалов их варьирования с целью реализации плана много$акторного зкепорименга для расчета пуско-тормсзних потерь в асинхрошгом злоктропрпводо с замкнутой-САУ.

3. Предложены и реализованы принципы получения оптимальных юлиномпальннх зависимостей для расчета пускс-торыопных поторь в .синхронном тиристорнсм электроприводе с замкнутой CAУ, учитывало ЭМПП.

4. Проведен анализ дисперсии параметров электропривода на очнпсть расчета nq полиномиальным зависимостям.

5. Предложен- сбобценкый алгоритм выбора мощности АД на базе элученных полиномиальных зависимостей.

6. Разработано и испытано устройство тепловой защиты АД,ра~ ;тающего о? ТПН в замкнутой САУ.

Достоверность полученных результатов диссертационной работа дтверздается экспериментальными исследованиями, большим числом мерений, калибровкой экспериментальной установки во всем диа-зоне изменения параметров электропривода', а такие сходимостью спериментальнш: результатов с данными .полученными на ЦВЫ.

Практическая ценность результатов работы: состоит в следующем:

1. Предложены алгоритме! расчета пуско-тррмозннх поторь в АЛ и его работе в замкнутой САУ с учетом ЗЖП. Предложен алгоритм 5ора номинальной мощности АД с учетом 3!ЛПП и тохншео-окономи -лшх показателей. Разработанные с использованием мэтодоз reo -I планирования эксперимента алгоритмы позволяют более обосно -шо выбирать асинхронный двигатель по нагреванию.

2. Разработано и испытано устройство тепловой запиты АД при

его работе в электроприводах механизмов новторно-краг:ссвреме:-шо-го режима работы, реализованное на основе технических средств, используемых,для регулирования скорости. Разработанное устройство тепловой защиты АД повышает надежность работы электропривода в целом. На устройство получено положительное решение от 23.11.9 по заявке $ 4752771/07 "Электропривод переменного тока".

3. Внедрение. Результаты проведенных исследований и экспериментов внедрены при работе по хоздоговорной теме "Разработка технологии нанесения защитных покрытий циркуляционным газовым методом на турбинные лопатки ГТД" (Государственной регистрации 13 0187000922). Фактический экономический эффект от внедрения результатов, НИР составил 272 тысячи рублей, из них за счет использования результатов настоящей диссертационной работы эффект cocí вил 27 тысяч рублей. Материалы внедрения приведены в приложении диссертационной работы.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на УХ, УП, УШ научно-технических конферен -циях:' "Электроприводы переменного тока с полупроводниковыми преобразователями", Свердловск, 1983, 1986, 1989 ir. ; на УИ научно-технической конференции.Уральского политехнического института им.С.М.Кирова, Свердловск,,1988 г.; на областных научно-технических семинарах "Асинхронные.электропривода с тиристорными преобразователями напрянения", СДГ НТО, Свердловск, 1982,1987;. на научно-технической;конференции "Автоматизация электроприводов и оптимизация.реЕимов электропотреблония", Краен,оярск, 1988 г.; на Всесоюзной научно-технической конференции "Электродвигатели переменного тока для. подъемно-транспортных механизмов", Владими] 1988 г..;- на заседаниях.кафедры "Электропривод и автоматизация промышленных установок" Уральского политехнического института см. С.Ц.Кирова, Свердловск, I983-I99I гг .

Публикации. По результатам диссертации опубликовано 28 работ, из них 20 печатных, 7 отчетов по научно-исследовательским работам и I положительное решение по заявке..

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка использованных источников и приложений. Диссертация содержит 171 страницу машинописного текста, 24 рисунка, 22 таблицы, список использованных источников литературы из 154 наименований на 19 страницах и 28 страниц приложений.

Содергапзэ работ:-;

Во введении-обоснована актуальность темы, указана цель, задачи и методы исследования, сформулирована научная новизна полученных результатов и их практическая ценность.

В первой главе рассмотрено современное состояние проблемы, связанной с исследованием режимов работы и расчетом энергетических показателей асинхронных электроприводов с параметрическим управлением и замкнутой САУ. Отмечено, что исследование эноргети -ческих показателей в системе "ТПН-АД", отракаюлее все особошгас-ти происходящих физических явлений, в том числе влияние Э'ЛПП, представляет собой зесьма сложную задачу, которая на практике решается с теми или иными допущениями. В связи с этил в ¡штопорной практике широкое распространение получили приближенные методы, базирующиеся на представлении двигателя классической однофазной схемой замощения, которая обосновывается в "еории электри -чоских машин для установившегося режима работы с постоянной скоростью при синусоидальном питающем напряжении.

Наличие тнрист-орсв в статорных цепях АД но только и ска каст папрязеяия и токи, но и вносит существенную нелинейность в анализируемую систему, из-за чего принцип налоконня становятся несправедливым. Поэтому схема замещения двигателя дает возможность найти лишь приближенные значения основной гармоники тока двигателя, вращающего момента, энергетических показателей, в частности потерь энергии в мэди статора и ротора в пуско-тормозпых и установившихся. ренинах. Ряд работ посвящен изучению элоктро -магнитных переходник процоссов и их, влиянии на потери з АД для разомкнутых систем. Что ze касаатся замкнутых САУ, то влияние З'ШП на энергетические показатели асинхронных электроприводов с параметрическим управлением не нашло достаточного рассмотро -нпя и эта задача требует своего решения. Кз анализа публикаций слодует такке, что актуальными вопросами являются эксперимон -тальное определение потерь в переходных роапмах асинхронного электропривода и разработка устройства тепловой защиты,АД при работе в замкнутой САУ. На основе проведенного анализа опродоле-ны задачи диссертационной работы, сформулированные выше.

Во второй главе приводен краткий обзор методов определения топлового состояния АД. Разработана программа выбора и проверки АД по нагреванию с использованием метода средних потерь без учота ЭМПП. Исходными данными для расчота являются паспортные данные АД и параметры нагрузочной диаграммы и механизма - значе-

ния угловой скорости, времени и момента статической нагрузки в каждой точке диаграммы, где изменяется момент статической на -грузки,момент инерции, знак скорости или ускорения. Для облегчения расчетов и проведения сравнительного анализа формулы для определения основных составляющих потерь-потерь в меди статора и ротора,выражены через "выходные" параметры элоктропривода-момент и скольжение.При этом ускорение на участках пуска и торможения за счет замкнутой САУ считается постоянным.,но зависящим от момента статической нагрузки на валу. Исходные датою и математические зависимости для расчета средних потерь за никл работы АД приведены в [ю]. Рассчитанные средние потери за цикл сравниваются с суммарными номинальными потерями в меди статора и ротора.

Наряду с расчетом мощности потерь в программе рассчитывается и энергия,потребляемая двигателем из сети,величина которой используется при технико-экономическом обосновании применения асинхронного электропривода с тлристорным фазовым управлением.!} программе также предусмотрен расчет рекомендуемого времени паузы и числа включений в час для работы проверяемого двигателя без перегрева .Создана специальная подпрограмма, которая позволяет вы -полнить расчет продолжительности каждого участка тахограымы.мо -ментов статических,приведенных к валу двигателя,а также угловых скоростей по_ заданным "выходным" параметрам механизма-допустимо-му ускорению,полному пути,точности останова,максимальной линейной скорости перемещения,моментам статической нагрузки и моменту инерции механизма.В программе рассчитываются и приведенные годовые экономические затрать1.,величина которых требуется для техни -ко-экономичаского обоснования применения систем "ТПН-АД".

Предложенная методика и разработанная программа с подпрограммой позволяют выполнять параметрические исследования, оценивать влияние изменения параметров тахограммы и механизма на на -грев АД и автоматизировать процесс выбора его' мощности с учетом технико-экономических показателей. Однако из-за неучета ЭМПП в электроприводе при определении энергии потерь в пуско-тормозных режимах, расчетные значения потерь могут в ряде случаев отли -чаться от экспериментально полученных значений. Степень расхождения расчетов и эксперимента зависит от. значения момента статической нагрузки, момента инерции механизма, темпа изменения скорости в переходных режимах и т.д.

Так при пуске двигателя MTF-0I2-6 в САР скорости о тем -пом задатчика интенсивности Тзи = I е., моментом статической на -

грузки Цс=о,8Шл'п моментом инэрции механизма ь7"мех=5,56 Тдв энергия потерь в меди статора, рассчитанная с учетом принятых допущений,оказывается больше экспериментальных данных на 15$, а в поди ротора - на При тормокении эта разница возрастает и достигает в среднем 20-255.

Точное определение потерь в АД^рэботающего от ТПН^з замкнутой САУ возмокно лепь с учетом З'.ЯЛ.

Третья глава посвящена разработке метода расчета энергии потерь в замкнутой САУ с учетом Э.'ЯЩ. Моделирование на ЦЕГЛ проведено по блок-схеме асинхронного электропривода с тиристорным управлением и замкнутой САУ, изображенной на ряс.1.

Для управленгя АД используется реверсивный ТШ, состоящий из пяти пар встречно-параллельных тиристоров, позволяющий реализовать двигательный и тормозные рекимы работы двигателя, в частности, противовключание, динамическое и рекуперативное тормокениэ. Управление углом открытая тиристоров осуществляется с помощью пестиканального фазосмещаащего устройства (ФСУ). Управление ти-рясторныма группами "Вперед", "Назад'*, "Динамическое тормокение" осуществляется коммутатором (К). Заданпо на включение той пли иной группы формируется логическим переключающим устройством (ЛП7) в зависимости от полярности и уровня сигналов задания на скорость и регулятора скорости (РС). Блок линеаризации (БЛ) выполняет необходима преобразования сигнала РС, осуществляя техническую линеаризации асинхронной иашнн для обеспечения необходимого качества переходных и установившихся рогпыов и их стандартизации. Для формирования заданного характера (темпа) изменения - сигнала задания на скорость слукит задатчпк интенсивности (ЗИ). Обратная связь по скорости АД осуществляется датчиком скорости (ДС), в качестве которого монет использоваться тахоге-нерагор или импульсный датчик.

В работа обосновано математическое описание работы тиристор-ного асинхронного электропривода с замкнутой САУ, в том числе, АД, ТШ (с учетом и без учета дискретности его работы) и элз -ментов САУ.

Система дифференциальных уравнений АД и замкнутой САУ с пропорциональным регулятором скорости,в которой но учитывается дискретность ТШ, при использовании относительных единиц может быть представлена следующий образом:

о zz Рч

А?-А'г^ф'- ^г^;

6);

Якж

Ш/г йМ^Ь&з-а УЖ/А?!;

и*

.(I)

В этих выражениях«ЛЗ* , /л , )(А >Хо - параметры Г-образной схеш замещения; М - момент двигателя; Мс - момент зтатпческой нагрузки на валу; ,/ШСИГ) - критический момент двигателя соответственно на естественной характеристика I на базовой характеристике динамического торможения;& - мо-гент ияэрцзи привода; энергия потерь в меди статора

и ротора, D символ дадеронцирования по времени ; l/ûJ3~ напряжение задания на скорость ;¿Хрс - напряжение регуддтора скорости; l/zи - напряжение задатчика интенсивности; fc^t/- некомпенси-руомая постоянная времени; Кзи - коэффициент задатчика интен -сивности; ¿/¿¿¡¿) = ¿'АС. 'l/ûj = /^ACÛ), fac¿Vf- напряжения, соответствующие синхронной скорости эквивалентной двуфшной машины (¿¿¿=1), текущей и критической скорости в рекиме динами -чоского тормокония; Кдс - коэффициент датчика скорости;

• > ~ проокщш потокосцеплений статора и ротора на оси (X KjS \ ¿¿s' » ¿fis' 1 ¿(Г . - проекции токов статора и ротора на оси Л' к В ; ^- угол шворота ротора; Кпр - коэффициент передачи Т1Ш; Кфсу - коэффициент передачи ОСУ;/£-= Хо//&• - коэффициент связи ротора; S/C- критическое скольгение двигателя; Uy (КЗ), ¿/у\Ш) - напряжение управления в двигательном режима и в роЕиме динамического^ то рмоаения; £ - конструктивней коэффициент двигателя; <5' = /l'ois-/) » гДе

На базе полученного математического; описания работы от -дельных элементов асинхронного тиристорного электропривода с замкнутой САУ разработана математическая модель и программа реализации алгоритма ев решения на ЦВМ на языке/^-1. Разработанная модель позволяет с внсйкоц точностью рассчитывать переходные процессы и определять пуско-тораозные потери в асинхронном электроприводе с замкнутой САУ при питании двигателя от ТПН с учетом ШПП. Кроме того, Еолучоно математическое описание асинхронного электропривода с учетом дискретности работы ТПН;

Для оценки влияния высших гармони; на величину потерь на ЦВМ проведены расчеты пусковых потерь двигателей серии ШТ при варьировании темпа задатчика интенсивности и момента статической нагрузки па валу по программе, учитывающей дискретность ТПН. Влияние высших гармоник тока на величину потерь не превышает 8$ по сравнению с расчетами по 1-й гармонике без учета дискретности работы ТПН.' •

В четвертой главе обоснована необходимость разработки методики определения вуско-тормозных потерь в асинхронных электро -приводах с замкнутой САУ с учетом ЭШШ. Проанализированы и вы -браны переменные (факторы), которые оказывают наибольшее влияние -на величину энергии, потерь в АД в пусйо-торкозшх режимах работы электропривода.' В качестве факторов выбраны: /}/ - ноглиналь -ная мощность двигателя; Тзи - теш задатчика шщенсивности;

Me - момент статической нагрузки на залу;J"мах - момент инерции механизма; ¿Од ~ задание на скорость.

' Для получения полиномиальных зависимостей, связывающих величину эноргпи потерь з пуско-тормозных режимах со значениши факторов, составлен и реализован на ЦЕЛ обоснованный план много-, факторного эксперимента.

С целью оптитсизации числа членов полиномов, исходя из за -данной точности,использована специально созданная программа. Программа позволяет отбирать наиболее информативные параметры по Р -критерию (критерию Отпора) и осуществлять выбор оптимального набора членов полиномов вида

W~ (2)

£7 ' ¿77*7 ,J $ /*//*>•>'<'*/ ¿ ú

Выбор оптимального набора членов полинома производится с использованием шагового алгоритма згашчрняя-леялючеяия по значениям частных коэффициентов корреляции параметров с откликом. В прог -paí.-io задается минимальное и :.:зксг:.уаяькоо число членов полинома, стратегия включения дополнительна переменных, а та:гао кратичес-кпе значения р -критерия для г-гетч опия-исключения, исходя из Э5%~ Я дозоритольной вероятности. Программа составлена на языке Ф0РГРАН-1У. Полиномы получены для отрезков трех серий асинхронных двигателей.!,717-6, !JTKF-6, 4А-6 при варьировании факторов в следующих пределах:

(1,14-30) кВт; Тзи = (0,5+2) <х; Мс = (CM.lv);

Интервал варьирования независимых переменных выбран, исходя из диапазона их изменения для асик :ронных электроприводов подъемно-транспортных механизмов (краны-итаболеры, манипуляторы, лифты и т.д.), работающих в повторно-кратковременных режимахВыражения для расчета энергии потерь в пуско-тормозних режимах асинхронного электропривода получены в долях от базовой энергии hfós. - SZfojA/fáJc* гдо 314 рад/с. Ниже в качестве

примера приведены полиномы для расчета пуско-тормозпых потерь в асинхронных двигателях серии ШТ-6: а) для режима пуска:

- /^[(39,35+2,73Р^)+(5,08+0,6Pv)-2I+(I3,25+0,19?v)-X2+

+(33,23+1,17Pv)-X3-h(I3,53+0,7IPy).X4+(I3,39+0,2PV)-X2--X4+(9,23+0,04Pv) •ХЗ-Х4+(9ДЗ+0,046Й/) -XIX3X4]; (3)

АМг = [(40, 63+1, 6Ру)+(5,05+0,4ПУ) • Х1+(13,36+0, 02Ру) ■ Х2+

?(33,67чО ,54РУ) • ХЗ+(12,83+0,42Р>/) ■ Х4+(13,4&*0 ,03РИ -Х2 -Х4 +(9,1-0,05Р//) '• ХЗ • Х4+( 8,98-0,04Рл^ • П • ХЗ ■ Х4]. (4)

б) для режима. динамического тормонония:

аШ = "Ут [(17 Д8+Д .Э4Ру)+(1,59+0,ПРу)• Н+(12,34+0,02?//)■ Х2+

+(10,74-0,09Ру)- ХЗ+(12.2+0.48РУ) • Х4+(12,91+0 ,2ЭР//) • Х2 -Х4+ +(8,91+0,02Р//) •ХЗ-Х4+(8,67+0,02?^) • П • ХЗ • Х4]; (5)

АУг = 03+0,56Рд/)+(0,96+0,15Р^-П+(12,65+0,03Ру)-Х2+

+(1,51+0,15РУ) ХЗ+ (12,37+0,24РУ) • Х4+(12,87+0, ОЗГ//) • Х2 ■ X4 +(8,71-0,06Ру)-ХЗ-Х4+(8,75-0,06Рл/)-Х1-ХЗ-Х4) (6) где -1,5^)70,5^5 Х2=(Тзи-1,25)/0,75; ХЗ=(Мс-0,5:,1И/

О.Б'.у; Х4=(<^-0,55^)/О,55^;£ =7мох+ /цв, энер-

гия потерь соответственно в мэди статора и ротора, .Подобные выражения получены для серий ШТ-6 и 4А-6.

Во всох случаях в расчетах применен пропорциональный регулятор скорости. Адекватность полученных полиномов проверялась расчетами для рдца двигателей в контрольных точках. В качество контрольной точки была выбрана пулевая точка (П=Х2=ХЗ=Х4=0), т.о. центр области определения функций отклика в факторном пространство. В этом случае величина полинома (2) становится равной его свободному члену. В качестве примера г таблице в относительных единицах приведены результаты проверки полинома для рас-чота пусковых потерь в меди статора двигателой 9ерии 1.ПТ-6, где АШ (/°) г результат расчета по полиыему (езебодщй лддя},»

ЦВМ) - результат расчета ш Ш\0% = 100.

, / Дт&т)

?//, кВт. аШ </»> д}/$ СЦВИ) ' 6'% ■

1,4 43,18 ' • .41,38 2,3

II 69,39 66,78 3,9

30 121,2 115,64 • 4,8

Для всох полиномов трех серий асинхронных двигателей по -грешность не превышала 5%, Следует отметить, что переходный процесс считался законченным, если колебания частоты вращения вокруг заданного значения но превышали 3%.

Проанализировано влияние числа членов полиномов на точ -ность расчета; 3 качестве примера на рис.2 приведена погрешность расчета полинома А4 по сравнению с откликом в зависимости от числа членов полинома//при определении пусковых потерь в меди статора (кривая I) и ротора (кривая 2) двигателей серии LÍTF-G в диапазоне мощностей до 30 кВт. Как видно из рис.2, оптшальное число членов полинома при заданной точности расчета равно вось -ми. Проведен учет влияния дисперсии в определении параметров электропривода на точность расчета по полиномам. Показано, что для инженерных расчетов пуско-тормозпых потерь по полиномиальным зависимо с тягл достаточно пользоваться каталсд!-н:."5 данными двигателей.

Получению полиномиальные гз-::с.г.ости мскспмслы-:о приспособлены к рс-пешга задач синтеза ялпг;:этрсв электропривода, обеспечивающих минимальные значения пус-хо-тормозшзх потерь п, как следствие .оптимальное значение номипланой мощности АД .На основе полученных полинсм-иальных зависимостей для использования в расчетной практике создана методика определения поминальной мощности АД,управляемого от ТПН.при работе в замкнутой САУ с учетом ЗМПП при заданных параметрах электропривода;

3 пятой главе приводятся результаты экспериментальных исследований и описание разработанного устройства тепловой защиты АД при его работа в замкнутой САУ.

Для экспериментального определения пуско-тормозных потерь в статоре и роторе АД, управляемого от ТПН,' при работе в замкнутой САУ разработана схема вычисления интеграла гаадрзта тока статора (ротора) за время пуска (тормогсения). Блок-схема устройства приведена на рис.З и включает в себя усилитель (У) сигнала' с шунта, используемого в качестве датчика тока, выпрямитель (В).квадратичный преобрабоватоль (КП) на микросхеме 525ПС2 (погрешность менее 1%), управляемый таймером (Т) через ключ 00. Экспериментальные исследования проводены на агрегате, состоящем из асинхронного двигателя ШТ-012-6, Pv=.2,2 кВт, управляемого от ТШ,и работающего в замкнутой САУ с пропорциональным регулятором'скорости и двигателя постоянного тока П-61, 3J/= II кВт, слунащего в качестве нагрузки, питаемого от тиристорного преобразователя по трехфазной нулевой схеме и замкнутой САУ с быстродействующим контуром тска. Результаты экспериментов подтверждают правильность расчетов пуско-тормозных псторь на ЦВМ. Расхогдошю экспертной -тальных результатов с расчетами па ЦВМ с учетом дискретности ТПН при любых сочетаниях параметров олоктропривода не провыла«? vi,а

20

/8 /6

Й /2 SO 8 6 A 2

0 2 4 6 8/0/2/4' /в /8 20

Рис. 2

Рис. 3

M

\

i

Ч к/

N

с расчетами на ЦВМ без учета дискретности ТПН-1С#. Разработано и испытано устройство регулирования скорости АД с тепловой защитой, которое позволяет повысить надежность работы асинхронных тиристорных электроприводов с замкнутой САУ. Блок-схема устройства прнведопа на рис.4. Устройство содержит в своем соетаво АД(1'. 'Г П Н (2) , блок импульсно-фазового управления тиристорпми (3), состоявши аз фазосдаигающего узла (4) и распределителя импульсов (5), блок регулятора скорости (6), состоящий из регулятора скорости (7) и блока лпноаризацпи (8), логический порекли-чающий блок (9), имеющий в своем составе два знаковых компаратора (10) и (II), логический узол (12) и узол переключения (13). Кроме того, устройство снабжено датчиком скорости двигателя (14), датчиками тока (15) ;; напряжения (16) двигателя, компаратором (17), нуль органом (18), таймэршлл блоком (19), а тазено коммутатором (20) и элементом "211" (21). Устройство позволяет осуществлять контроль теплового состояния по наиболее точному, в отличие от тепловых моделей, "методу сопротивления", используя в качестве источника питания измерительного узла ТПН, работающий з выпрямительном режиме с фиксированным углом открытия тиристоров. Выявление пауз в рпботз электропривода обеспечивается нуль-органом, при этом таймерный блок задает начальный момент и длительность измерительного интервала, устанавливая одновромонно выпрямительный режим работы ТШ с фиксированным углом открытия вентилей, определенным величиной напряжения управления в режиме измерения сопротивления Ц/.язм, Применение устройства позволяет реализовать функцию защиты АД от перегрева на основе технических средств, используемых для регулирования скорости и тем самым расширить область применения электроприводов подобного типа. На указанное устройство получено положительное репоние от 23.11.90 по заявк'а Я 4752771 "Электропривод переменного тока".

Заключение

В диссертационной работе выполнено исследование энергетических показателей и разработаны методики рационального выбора мощности АД, управляемых ТПН при работе в замкнутых САУ.

Основные теоретические и практические результаты работы заключаются в следующем:

I. Разработана программа выбора и проверка АД по нагревашы с использованием метода средних потерь без учета ЭШШ. Разработанная программа позволяет автоматизировать процесс выбора АД по

Г*

ITöJs

11

Q ......mu

m

L

Í2 /3

r

ro

000

L---Î

I___Ii

УушЬ

20

-44 I

_J

л/

ij L

J

"1

s

/7

(6

-©----Cd

Рис. 4

нагреванию о учетом технико-экономических показателей, выпод -нять параметрические исследования, и, кроме того, оценить влияние изменения параметров тахограмш и механизма на нагрев АД.

2. Обосновано математическое описание работы отдельных элементов асинхронного тпристорногс электропривода с замкнутой САУ, в частности АД, ТПН,.блоков САУ. Создана математическая модель электропривода и программа реализации алгоритма ее решения на ЦВМ; За счет уточненного описания всех.элементов САУ и ТПН модель более полно описывает, по сравнению с известными, установившиеся и переходные, процессы в асинхронном электроприводе с замкнутей САУ, что позволяет с высокой точностьи определять потери

в АД с учетом ЗШП.

3. Дано обоснование выбора факторов, определяющих величину потерь в АД, и интервалов их варьирования. Составлен и реализован на ЦВМ план многофакторного эксперимента по опредолению пус-ко-тормозных потерь в АД, работающих в замкнутой САУ от ТПН.

4. Разработан модифицированный алгоритм зключония-исключе-ния членов полинома, с помощью которого на ЦВМ получены оптимальные по заданной точности (исходя из критерия 5ишора) полиномиальные зависимости, связывающие величину потерь энергии в АД в пус-ко-тормозных режимах со значениями факторов. Произведен учет влияния дисперсии, параметров электропривода на точность расчета по полиномам.

5. Предложена и реализована в виде программы на ЦВМ инженерная методика выбора АД по полиномиальным зависимостям, учитывающая ЭШШ в s-лектроприводе.

-■- 6. Разработан и реализован в виде программы для ЦВМ алгоритм выбора мощности АД по нагреванию с учетом ЭМПП;

7. Разработанная методика расчета пуско-торыозных потерь в асинхронном электроприводе с'учетом ЭШШ подтверждена экспериментально на опытной установке. Расхождение экспериментальных •данных с расчетами на ЦВМ с учетом дискретности ТПН не превы -шает 4%, ас расчетами на ЦЗ!Л без-учета дискретности ТПН - 10/1.

8. Разработано и испытано устройство тепловой защиты АД, работающего в замкнутой САУ, повышающее надежность работы электропривода в целом. На устройство получено положительное решение

от 23.11.90 по заязке .'5 4752771.

9. Резулыа ты работы использованы при проведении хоздоговорной работы по томо "Разработка технологии нанесения защитных покрытий циркуляциошшм газовым методом на турбинные лопатки ГТД", (Государственной регистрации Л OI87GOOGS22). Общий зконо-

мический эффект от внедрения результатов НИР составил 272 тысячи рублей, из них за с-ч^т использования результатов настоящей диссертационной работы о^окт составил.27- тысяч рублей.

Основные положения диссертации опубликоваш в работах:

Т. Браславский ИЛ., Зюзев А'.М"., Трусов 1Г.П. Сравнительный анализ способов регулирования подачи центробежных насосов // На-учко-техн.сб.Электротехн.пром-сть, Сер.Электропривод, 1983. Вып.2(112). С.8-10.

2. Трусов Н.П. Энергетика регулируемых асинхронных электроприводов центробежных насосов //'Электроприводы переменного тока с полупроводниковыми преобразователями. Свердловск: Обл.Совот НТО, 1983. С.32-33.

3. Валок В.М., Мазаева Г.М., Трусов Н.П. К определению числа включений в час асинхронных электроприводов при параметрическом управлении //Электроприводы переменного тога с полупроводниковыми преобразователями. Свердловск: Обл.Совет НТО, 1983.

С.13-14.

4. Автоматизация выбора и проверки по нагреванию двигателей асинхронных электроприводов с тиристорнш фазовым управлением /ИЛ.Браславский, А.М.Зюзев, Д.Г.Тимофеев, Н.П.Трусов //Оптими -зацкя рекимов работы систем электроприводов. Красноярск: КИЙ, 1983. С.59-63.

5'. К.расчету энергетических показателей тпристорных асинхронных электроприводов, управляемых напряжением /Г.М.Мазаеза, Д.Г.Тимофеев, Н.П.Трусов, И.В.Смирнов //Электроприводы церемонного тока с цолупроводнаковими преобразователями. Свердловск: Обл.Совот НТО, 1986. С-.19.

6. Браславский К.Я., Трусов Н.П. К расчету пуско-тормозных потерь в тиристорнш: асинхронных электроприводах //Автоматиза -ция электроприводов и оптимизация риаилоз электропотробления. Красноярск: КПП, 1988. С.19-20.

• 7. Гольдотейн Е.Л., Трусов Н.П. Методика экспериментального определения энергии потерь в меди статора и ротора асинхронного тирпсторного электропривода //Межреспубликанская студенческая научно-техническая конференция по проблемам экономии энергетических, материальных и трудовых ресурсов. Новосибирск: НЭТИ. 1988. С.69."

8. Браславский ИЛ., Ыазаева Г.1.1., Трусов Н.П. Энергетические показатели и рациональные области применения систем "тирис-торкый преобразователь напряжения - асинхронный двигатель" для

подъемно-транспортных механизмов //Электродвигатели переменного тока для подъемно-транспортных механизмов. Владимир: ВНИПГИЗМ, 19Ь6.С.36-38.

Э. БраславскиЯ И.Я., Трусов Н.П. Расчет пуско-тормозных потерь в асинхронном электроприводе методом планирования эксперимента: Урал.политехи.ин-т.Свердловск, 1989. 13с.: ил. Библи-огр.: 3 назв. Дзп. в Информэлектро 24.02.89, № 72-эт 89.

10. Асинхронные электроприводы с тиристорными преобразователями напряжения (современное состояние разработок)/ И.Я.Брас-лавский, а.А.Бурлаков, А.И.Зюзев, Г.М.Мазаева, Е.Ф.Тетяев, Д.Г.Тимофеев, Н.П.Трусов, А.Н.Черкасский, С.И.Шилин //Электро-техн.прсм-сть.Сер.06, Электропривод. Обзор информ. 1969.

Еып. 24.C.I-56.

11. Трусов Н.П., Мазаева Г.М. К расчету потерь энергии в переходных режимах САР скорости асинхронных электроприводов переменного тока с полупроводниковыми преобразователями//Сверд-ловск: Обл.Совет НТО, 1989. C.II-I2.

12. Некоторые результаты промышленного использования системы "ТПН-АД" для механизмов циклического действия / Трусов Н.П.,

Тимофеев Д.Г., Черкасский А.Н., Стрекопытов A.B. //Электроприводы переменного тока с полупроводниковыми преобразователями. Свердловск: Обл.Совет НТО, 1969. С.17.

12. Положительное решение от 23.11.90 по заявке J? 4752771. Электропривод переменного тока.

Подписано в печать 14.II.91 Формат 60x84 Т/16

Бумага Плоская печать Усл.п. л. 1,15

Уч.-изд. л. 1,17_Тиряа 100 Заказ 829 Бесплатно

Рецакциошю-язцательсяий отдел УПИ им.С.М.Кирова 620002, Екатеринбург,УПИ,8-й учебннй корпус Ротапринт УПИ. 620002, Екатеринбург, 8-й учебный корпус